Режимы работы главного двигателя судовой дизельной энергетической установки, страница 9

Выше указывалось, что допустимая нагрузка на режимах буксировки определяется точкой пересечения внешней номинальной скоростной характеристики двигателя с «утяжеленной» винтовой характеристикой судна (см. рис. 2.4, точка В). Положение внешней номинальной скоростной характеристики двигателя определяет приспособленность двигателя к буксировочным режимам. Из рис.2.4 видно, что в установках с ВФШ на режиме буксировки двигатель не может работать с номинальной частотой вращения коленчатого вала и поэтому не в состоянии развить полную мощность. Важное значение имеет выбор в качестве буксира судна, имеющего легкий гребной винт на режиме свободного, хода. Это обстоятельство учитывают при проектировании буксиров, и за основной расчетный режим, принимают режим буксировки.

Работа на швартовых режимах относится к числу наиболее тяжелых режимов работы главного двигателя. Она имеет место при проведении, так называемых, швартовных испытаний. Швартовная винтовая характеристика судна (см. рис. 2.4, кривая IV) проходит значительно круче всех остальных характеристик. К швартовной характеристике может приближаться винтовая характеристика судна при стягивании аварийных судов с мели или буксировке особо крупных возов. Большая крутизна швартовной характеристики судна объясняется тем, что на этом режиме работы относительная поступь винта  равна нулю, а коэффициент изменения крутящего момента  достигает наибольшего значения. Располагая кривыми изменения упора гребного винта, можно определить , а следовательно, крутящий момент (Н×м) и мощность, отбираемую гребным винтом (кВт):

;

.

Если принять, что , можно вычислить максимальную допустимую частоту вращения гребного винта на швартовном режиме работы.

Как показано выше,

,

.

Тогда при

,

где  – коэффициент крутящего момента на номинальном режиме;  – частота вращения гребного винта на номинальном режиме, мин^-1.

По опытным данным, для транспортных судов частота вращения гребного винта на швартовых режимах равна =(0,65÷0,8); для быстроходных судов со специальными обводами корпуса = (0,4÷0,5) .

В связи с ограничениями по частоте вращения коленчатого вала двигатель не может развивать на швартовых режимах работы полной мощности (см. рис. 2.4, точки В', Б').

Режим работы двигателя с ВФШ с редукторной передачей. Наличие редукторной передачи позволяет существенно увеличивать упор и крутящий момент на гребном винте при неизменном значении его мощности. В формуле мощности гребного винта при этом должно соблюдаться равенство произведений

.

Индекс 1 относится к гребному винту без редуктора, индекс 2 – к гребному винту при работе совместно с редуктором. Значение диаметра винта будет

.

Подставив новое значение диаметра гребного винта  в формулу упора и крутящего момента гребного винта при редуцировании, получим

;

.

Приведенный вывод не учитывает ряда факторов, влияющих на конечные результаты расчета, но показывает качественную сторону явлений: при редуцировании и сохранении прежней мощности упор гребного винта возрастает пропорционально , а диаметр гребного винта должен быть увеличен пропорционально .

Расчет по выведенным формулам при  дает увеличение упора гребного винта приблизительно на 30% (цифра, близкая к результатам, получаемым при подробном расчете).

Для анализа режимов совместной работы дизеля на ВФШ с редукторной передачей (в случае отсутствия муфт скольжения) могут быть использованы графики, аналогичные изображенным на рис.2.1 и 2.2, при этом необходимо лишь привести их к частотам вращения гребного вала .

Еще более значительное улучшение тяговых характеристик гребного винта может быть достигнуто путем использования многоскоростных редукторов. В качестве примера рассмотрим совместную работу двигателя на ВФШ с трехскоростным редуктором (рис. 2.7) [20].

Рис. 2.7. Режим работы дизеля с ВФШ совместно с трехскоростным                                                                       редуктором: а – изменение момента; б – изменение мощности